绿色化学在中学化学教育中的应用

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  近半个世纪以来,全球性的人口、资源、环境及生态等问题,昭示我们:未来我们只能走可持续发展的道路,实施可持续发展战略。作为与“战略”密切相关的化学教育,理应为可持续发展服务,实施绿色化学教育。那么什么是绿色化学呢?按照美国《绿色化学》(GreenChemistry)杂志的定义,绿色化学指在制造和应用化学产品时应有效利用最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒和危险试剂与溶剂。绿色化学是指能够保护环境的化学工艺和技术,充分利用自然能源或可再生能源,节约能源,节省资源,尽量实现有毒有害物质的零排放,减少和避免环境污染,也称环境无害化学。它旨在预防污染,而不是污染以后的再治理。绿色化学的根本目标就是从节约能源和防止污染的观点来重新审视和改革整个化学和化工领域,在化学研究和化工生产过程中不再使用有毒、有害的物质,不再产生废物。绿色化学的最大特点是在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子,具有“原子经济性”,因此它既能够充分利用资源,又能够实现防止污染。
  实施绿色化学教育的任务是每一个中学化学教师的义务和责任。目的是培养学生能自发地产生防止环境污染的行为和意识,让学生认识到只有切断污染的根源,才能真正实现绿色化学。在教学中,怎样对学生进行绿色化学教育,处理好基础知识教学与绿色化学教育的关系,是当前中学化学教学改革必须重视的一个问题。可以从实验、课堂教学和课外三方面进行改进。
  
  一、在实验课上形成绿色化学观,强化环境安全意识
  
  化学是以实验为基础的学科,实验是化学基石,它是体现绿色化学内容,培养学生绿色化学意识的主要途径。中学化学实验可以通过以下三方面来提高学生的绿色化学意识。
  
  1 实验室药品贮存和演示实验中尾气的处理
  实验室药品的贮存的规范化和演示实验中尾气的吸收处理是非常重要。如易挥发的浓盐酸、液溴等要封闭贮存;对大多数有机物如苯、甲苯、丙酮、甲醛等用专柜避光保存;对剧毒品如汞、白磷、氰化钾等用专柜上锁保存,定期检查贮存情况。而在制取氯气、氯化氢、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨气等气体时一定要通过演示实验讲吸收的原因(有害气体不允许直接排放到大气中),强调尾气吸收的重要性,使学生深深认识到只要涉及气体的制备问题就应考虑尾气处理。
  
  2 实验的规范操作
  化学实验中,必须指导学生要严格按照实验操作的程序,有条不紊地进行各种实验,因为实验过程中难免会接触到有毒的物质。实验前,需要向学生讲解如何正确地闻气体、取药品、取有毒性原料,甚至如何盖瓶盖、放置试剂、取药品的各种工具的选用、取用药品量的多少等;尽量改进实验方法,设计合理的实验装置。尽量采用封闭措施,减少师生被动接受有毒有害气体的污染。将氯气的制取和性质演示实验改在一个封闭、连通、透明的装置中进行操作,这样即不影响实验效果,也不污染空气,又可增强学生的环保意识。实验结束后,还应将废液集中倒入废液缸中,可回收的尽量回收,以养成保护环境的良好习惯。
  
  3 实验的微型化
  微型化学实验指实验操作技术是以尽可能少的试剂和仪器来获取所需的化学信息的实验方法。在现行中学化学教材中,有些实验指明了药品浓度,有些实验没有指明药品浓度。对许多涉及药品浓度的实验进行探索和改进。可达到既节约药品、保证实验效果,又减少环境污染的效果。例如,对苯酚性质,苯酚溶液浓度由2%降至0.5%~1.0%,溴水浓度也可降低到溶液颜色为橙红;对定性检验剂硝酸银浓度进行改进,配制银氨溶液,硝酸银浓度、氨水浓度可由2%降为1%。一般离子检验,硝酸银浓度0.1%就足够了;如硝酸银溶液和稀盐酸的反应,要求学生不用试管做实验,而是改用点滴板,实验时只需取一滴稀盐酸在孔穴处,再取一滴硝酸银溶液滴在孔穴处,立即可见白色沉淀生成,然后取一滴稀硝酸滴入沉淀中,沉淀不溶解。通过实验学生很容易得出结论:稀盐酸与硝酸银反应生成不溶于稀硝酸的白色沉淀。降低实验药品浓度的例子还很多,作为化学实验工作者,应具有绿色化学的思想并指导日常工作,尽可能地降低实验药品浓度,减少药品的损耗,降低对环境的污染。
  
  二、在课堂上渗透绿色化学观,强化学生的环境保护意识
  
  在化学课教学过程中,要向学生阐明绿色化学的观点、要求他们树立起防治污染、保证人类生存质量的责任感。讲二氧化碳时,要运用学生所获得的知识,引导分析“温室效应”,使他们了解到由于大气层二氧化碳浓度逐年上升,太阳能辐射的一部分——地球红外辐射热不能透过大气层,因而造成“温室效应”,使地球表面升温、冰川溶化,直接影响着现代文明社会发展。提高对控制“温室效应”等生态问题的认识,还应让学生通过讨论分析得出人类必须控制战争和固体废物燃烧、大力发展森林等结论,以利于生态环境的改善。结合当地农牧渔业受酸雨破坏的情况,强调酸雨的危害性,在学习有关硫、氮及其化合物的性质时,可有意识地引导学生分析酸雨的形成原因、途径、成分及其危害,启发学生想象并设计出减少酸雨形成的方案及采取的具体措施。二氧化硫和氮氧化合物都是形成酸雨的主要物质,空气中二氧化硫70%来源于工业燃料含硫物质,12%来源于工业燃油,其余则来源于生活燃煤等。它既直接危害人的身体健康,又可以导致水质酸化,水生动物减少或绝迹,树木、庄稼枯死,还能腐蚀建筑物和文物。讲到有机物时,要介绍很多有机物质对环境是有毒有害的,如生活中如甲醛,各种洗涤剂,染色剂,防腐剂,一次性塑料制品等。鼓励学生减少塑料袋、饭盒等一次性生活用品的使用。
  
  三、在课堂外,宣传绿色化学观,强化环境保护意识
  
  在课堂外,宣传绿色化学观,强化环境保护意识。课堂教学是对学生进行绿色教育的主阵地,但课外活动形式多种多样,内容丰富多彩,是课堂教育的很好补充,可以全面提高每个学生的环保意识。
  对教材中讲的少而对环保具有重大意义的内容,可以专题讲座的形式向学生介绍。如针对有的学生认为环境污染主要是由于工业生产造成的,与自身没有太大的关系的思想,可举办家庭生活与环境污染讲座,以实际研究的数据表明这种思想的错误性。即工业污染占污染的41%,家庭污染占59%。据有关专家统计,一个人一天平均要产生0.9kg垃圾,5个不可降解的塑料袋,2~3个一次性饭盒;一个人因洗发、洗澡、洗衣服等等一天平均制造200升废水在污染着河流、大海和土壤。可见环境保护不只是国家、环保部门的事,每个人都应从降低家庭污染出发,保护环境。通过这些信息的介绍,使学生切实感到自身要从自身做起,节约用水、少使用一次性餐具、少用化学用品,以减少污染,为保护环境而改变生活习惯。
  积极利用课外实验配合课堂教学,开展环保教育。“河水、雨水酸碱性的检测”、“模拟水体受硝酸汞、硫酸铜等污染的检测及危害”、“干电池的回收和利用”等,让学生在实验过程中既锻炼动手能力,又强化了绿色意识。
  组织学生参观本地邻近的自来水厂、污水处理站、石板材厂并进行实地调查,如空气污染调查、水污染及处理对策调查等调查报告,并进行交流。这样不仅能培养学生理论联系实际、实事求是的科学态度,还能使他们感知环境污染的危害性及环境保护的迫切性。
  总之,绿色化学教育有利于保护人类赖以生存的环境,实现人类社会可持续发展。中学化学必须体现绿色化学教育,要让绿色化学的思想和内容贯穿于整个教育活动之中,真正做到绿色无所不在,只有这样我们的教育才能够充满生机,绿意盎然。
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